אנולה הולמס (מילי בובי בראון) היא אחותו הצעירה של שרלוק הולמס, נערה חכמה וסקרנית שמגלה יום אחד שאמה נעלמה בנסיבות מסתוריות. במקום להיכנע לייאוש או להישאר בשוליים, אנולה מחליטה לצאת למסע משלה, במטרה למצוא את אמה ולהבין מה קרה לה. בדרכה היא מתמודדת לא רק עם עולם המבוגרים והחוקים החונקים של התקופה, אלא גם עם אחיה המפורסם, שרלוק (הנרי קאוויל), שמנסה להשיב אותה למסגרת הצפויה של החברה. במהלך החקירה שלה, אנולה מתפתחת להיות בלשית מחוננת, שמצליחה לפתור תעלומות ולחשוף רשת סבוכה של קשרים פוליטיים ומזימות מסוכנות. היא מצליחה להקדים את שרלוק, כשהיא מפענחת רמזים שהאחרון מפספס, ומצליחה לשרוד במאבקים אינטלקטואליים ומעשיים כאחד. במרכז המזימה עומד נער אציל מסתורי, לורד צעיר, שסיפורו קשור קשר הדוק ליעלמות אמה של אנולה ולכוחות הפועלים מאחורי הקלעים.
המסע של אנולה הוא לא רק חיפוש אחרי אמה, אלא גם גילוי עצמי של נערה שמסרבת להיכנע לציפיות, שמאתגרת את הנורמות החברתיות ומוכיחה שלכל אחד יש את הכוח לבחור את דרכו. תוך כדי הרפתקאותיה, היא מפתחת קשרים חדשים, מתמודדת עם סכנות בלתי צפויות ומגלה עד כמה העולם מורכב ומסוכן, אך גם מלא בהזדמנויות. אנולה הולמס יוצרת דמות צעירה ועצמאית שמצליחה לבלוט בזכות תבונתה, אומץ ליבה ונחישותה לפתור את התעלומה הגדולה ביותר בחייה. במהלך המסע היא לומדת להעריך את חשיבות המשפחה והחברות, ומגלה שכוח אמיתי טמון ביכולת להקשיב לאחרים ולפעול מתוך אמונה בעצמה. בסופו של דבר, אנולה מצליחה לאחד בין עולמות שונים ולהביא צדק, כשהיא מראה שגם נערה צעירה יכולה לשנות את מהלך ההיסטוריה ולהשפיע על עתיד החברה שבה היא חיה. הסרט מדגיש את כוחן של נשים צעירות ואת הצורך באומץ וביצירתיות להתגבר על מכשולים.
